אַסטרוֹנוֹמִיָה

כיצד נוצר כוכב לכת WASP-18b?

כיצד נוצר כוכב לכת WASP-18b?

אני חדש בקהילה הזו ולא ממש בטוח אם זו שאלה הולמת שיש לשאול כאן. בכל מקרה זה רק הסקרנות שלי. ככל שיכולתי לדעת על WASP-18b זה, זה מקיף קרוב מאוד לשמש שלו ולוקח פחות מ 24 שעות להשלים מסלול אחד. עם זאת זה לא היה המקרה תמיד, מכיוון שכוכב הלכת למעשה נוצר בחלק קר של החלל ומאוחר יותר נמשך במשיכת הכבידה של השמש שלו.

בהתחשב בכך, אני סקרן לדעת כיצד נוצר מלכתחילה? אם אני לא טועה נוצרים כוכבי לכת כאשר הפסולת המקיפה במשיכת הכבידה של כוכב נצמדת שעות נוספות נכנסת לצורת הגופים הפלנטריים. לכן, אם WASP-18b לא תמיד היה קרוב כל כך לשמש שלו והוא נוצר רחוק בחלל קר, אז יכולה להיות אפשרות שכוכב לכת זה נוצר במסלול של כוכב אחר ובשעות נוספות הוא התרחק מהמקור שלו מסלול ולכוד במשיכת השמש הנוכחית שלה? (זה הדמיון שלי! פשוט חשוף איתו :))

יכול גם מישהו להצביע על תיעוד טוב שממנו אוכל ללמוד עוד.

תודה


התגובה של @ LocalFluff שלמה פחות או יותר. תהליך "החלפת" כוכבי הלכת בין כוכבים הָיָה יָכוֹל לקרות במהלך חייהם המוקדמים של כוכבים כאשר רובם נולדים באשכולות צפופים יחסית. אתה יכול למצוא עוד כמה פרטים והפניות בתשובה שלי לשאלה זו, אך התוצאה היא שכוכב לכת שנמצא בדרך כלל נמצא מאוד רָחָב מַסלוּל.

לכ -1% מהכוכבים יש "צדק חם", אך גם בסביבות אשכול צפופות חושבים שרק כמה אחוזים מכוכבים יכולים לכבוש כוכב לכת, ומכיוון שכמעט כל אלה מסתיימים במסלולים רחבים יש פשוט יותר מדי חם. יופיטרים יוסברו בצורה כזו.

ישנם שני סוגים של תיאוריה המסבירים צדקנים חמים. האחד הוא ההסבר הדיאנמי שמציע LocalFluff. זה עצמו מחולק למספר מנגנונים שונים: "כאוס חילוני", (למשל Wu & Lithwick 2011 - מאמר זה סוקר בקצרה גם כמה מהמנגנונים האחרים) המהווה שינוי הדרגתי במערכת הפלנטרית שמניע לפתע מעבר למצב חדש תְצוּרָה. פיזור פלנטה וכוכב שבו האינטראקציה בין כוכבי הלכת גורמת למסלול אחד להיות אקסצנטרי מאוד ואז מעגל הגאות גורם ליופיטר חם במסלול קרוב (למשל Ford & Rasio 2008). מנגנון הקוזאי הוא האינטראקציה בין שני כוכבי הלכת המביאה למחלף בין הנטייה לאקסצנטריות של כוכב הלכת הפנימי. זה מלהיב עלייה באקסצנטריות, אשר בשילוב עם מעגל גאות, היא יכולה גם לגרום לכוכב קרוב.

המחלקה השנייה של המנגנון כוללת הגירה באמצעות אינטראקציה עם דיסק. זה חייב להתרחש בהתחלה בחיי הכוכב כשהוא מוקף בדיסק חומר היקפי. בעיקרון גרור צמיגי בדיסק עצמו גורם לכוכב הלכת לנוע פנימה (או לפעמים החוצה). ישנם שלושה תת-סוגים אפשריים של העברת דיסקים והם מוגדרים כאן בקצרה.

סביר להניח כי כל המנגנונים הללו ממלאים תפקיד כלשהו ביצירת צדקנים חמים ואחת ממטרות המחקר החוץ-כוכבי לכת היא להבין מה עשוי להיות חשוב יותר. פרמטרים אופייניים לעניין הם התפלגות מסלולים פלנטריים ואקסצנטריות והאם קיימות עדויות לאינטראקציות קודמות בצורת קו יישור בין ציר הסיבוב של הכוכב לציר מסלול כדור הארץ.


אסטרונומים מגלים כי ל- WASP-18b יש סטרטוספירה מחניקה ללא מים

צוות מדענים בהובלת נאס"א קבע כי ל- WASP-18b, "צדק חם" הממוקם במרחק של 325 שנות אור מכדור הארץ, יש סטרטוספירה עמוסה בפחמן חד חמצני, או CO, אך אין לה סימני מים.

צוות בהנהגת נאס"א מצא עדויות לכך שכוכב הלכת הגדול WASP-18b עטוף בסטרטוספירה מחנקת עמוסה בפחמן חד חמצני ונטול מים. הממצאים מגיעים מניתוח חדש של תצפיות שנעשו על ידי טלסקופי החלל האבל ושפיצר.

היווצרות שכבת סטרטוספירה באטמוספירה של כוכב לכת מיוחסת למולקולות דמויי "קרם הגנה", הקולטות קרינת UV וקרינה נראית המגיעה מהכוכב ואז משחררת את האנרגיה הזו כחום. המחקר החדש מציע כי לכוכב "צדק הלוהט" WASP-18b, כוכב לכת מסיבי שמקיף קרוב מאוד לכוכב המארח שלו, יש הרכב יוצא דופן, והיווצרות העולם הזה עשויה הייתה להיות שונה לגמרי מזו של צדק כמו גם מגז. ענקים במערכות פלנטריות אחרות.

"הרכב ה- WASP-18b מתנגד לכל הציפיות", אמר קייל שפרד ממרכז טיסת החלל גודארד בחלל נאס"א בגרינבלט, מרילנד, המחבר הראשי של העיתון שפורסם בכתב העת Astrophysical Journal Letters. "איננו מכירים פלנטה חוץ-קוטבית אחרת שבה פחמן חד-חמצני שולט באופן כל כך באטמוספירה העליונה."

על כדור הארץ, האוזון סופג UV בסטרטוספירה, ומגן על עולמנו מפני קרינה מזיקה רבה של השמש. עבור קומץ כוכבי הלכת החיצוניים עם סטרטוספירות, הספיגה נחשבת בדרך כלל כמולקולה כמו תחמוצת טיטניום, קרובת משפחה של טיטניום דו חמצני, המשמשת על כדור הארץ כפיגמנט צבע ומרכיב קרם הגנה.

החוקרים בחנו את הנתונים שנאספו עבור ה- WASP-18b, הממוקמים 325 שנות אור מכדור הארץ, כחלק מסקר לאיתור כוכבי לכת עם סטרטוספירות. כוכב הלכת במשקל כבד, שמסתו 10 יופיטרים, נצפה שוב ושוב, מה שמאפשר לאסטרונומים לצבור כמות גדולה יחסית של נתונים. מחקר זה ניתח חמישה ליקויים מנתוני האבל בארכיון ושניים מפיצר.

מהאור שפולטת האטמוספירה של כדור הארץ באורכי גל אינפרא אדום, מעבר לאזור הגלוי, ניתן לזהות את טביעות האצבעות הספקטרליות של מים וכמה מולקולות חשובות אחרות. הניתוח חשף את טביעת האצבע המוזרה של WASP-18b, שאינה דומה לשום כוכב לכת שנבדק עד כה. כדי לקבוע אילו מולקולות היו הסבירות הגבוהה ביותר, הצוות ביצע מודלים ממוחשבים מקיפים.

"ההסבר העקבי היחיד לנתונים הוא שפע יתר של פחמן חד חמצני ומעט מאוד אדי מים באטמוספירה של WASP-18b, בנוסף לנוכחות סטרטוספירה", אמר ניקו מדחוסודהן, מחבר שותף למחקר מהאוניברסיטה. מקיימברידג '. "שילוב גורמים נדיר זה פותח צוהר חדש להבנתנו את התהליכים הפיזיקוכימיים באטמוספירות אקס-פלנטריות."

הממצאים מצביעים על כך שב- WASP-18b יש פחמן חד חמצני חם בסטרטוספירה ופחמן חד חמצני קריר יותר בשכבת האטמוספירה שמתחת, הנקרא טרופוספירה. הצוות קבע זאת על ידי איתור שני סוגים של חתימות פחמן חד חמצני, חתימת ספיגה באורך גל של כ- 1.6 מיקרומטר וחתימת פליטה בכ- 4.5 מיקרומטר. זו הפעם הראשונה שחוקרים מזהים את שני סוגי טביעות האצבע עבור מולקולה מסוג אחד באטמוספירה של כוכב לכת.

בתיאוריה, התאמה אפשרית נוספת לתצפיות היא פחמן דו חמצני, שיש לו טביעת אצבע דומה. החוקרים שללו זאת מכיוון שאם היו מספיק חמצן זמין ליצירת פחמן דו חמצני, גם באטמוספירה צריך להיות קצת אדי מים.

כדי לייצר את טביעות האצבעות הספקטרליות שנראו על ידי הצוות, האווירה העליונה של WASP-18b תצטרך להיות עמוסה בפחמן חד חמצני. בהשוואה ליופיטרים חמים אחרים, האטמוספירה של כוכב הלכת הזה עשויה להכיל פי 300 יותר "מתכות", או אלמנטים כבדים ממימן והליום. מתכתיות גבוהה במיוחד זו מצביעה על כך ש- WASP-18b יכול היה לצבור כמויות גדולות יותר של קרסים מוצקים במהלך היווצרותו מאשר צדק, דבר המצביע על כך שהוא אולי לא נוצר כמו צדק חם אחר.

"השיגור הצפוי של טלסקופ החלל ג'יימס ווב ומצפי תצפית עתידיים אחרים מבוססי חלל ייתן לנו את ההזדמנות לבצע מעקב אחר מכשירים חזקים עוד יותר ולהמשיך לחקור את מערך הכוכבים המהירים המדהימים שם בחוץ", אמר אבי מנדל, מדען אקס-כוכב לכת. אצל גודארד והמחבר השני של העיתון.

עותק PDF של העיתון: עדות להיפוך תרמי של יום לצד מתכתיות גבוהה עבור צדק החם WASP-18b


הערות

פריצת דרך מתמטית
כעת הוכח מתמטית שכוח ההאטה שהשפיע על הגששים של פיוניר והכוח המואץ שגרם לחריגות עפות רבות:
1.) שניהם משפיעים על כדור הארץ (ועל כוכבי הלכת) גם כן, - ובעוצמה מלאה.
2.) השווה אוטומטית זו לזו (כאשר משפיעות על כוכבי הלכת).
עוד> מדע 27. com קרא את הפרק> האנומליה החלוצית

זה מסביר את הגורם לתעלומת WASP-18b (ועוד הרבה יותר) -.

עליך להיות מחובר בכדי לפרסם תגובה.

4 בספטמבר 2009 בשעה 11:28 בבוקר

העתיד. הגשתי זאת בשנת 2007 ב- inventnow ו"עכשיו "יכול להיות הזמן לבחון את הרעיון להציב טלסקופ על" הצד האפל "של הירח. http://inventnow.org/space/invent/invention/?I=6 "גלם בעינך" בדרך זו אנו מוגנים מפני התקפה נכנסת של סנייק!

עליך להיות מחובר בכדי לפרסם תגובה.

12 בספטמבר 2009 בשעה 10:41

קשה להאמין שהבנתנו כיצד פועלים כוחות גאות ושפל, אפילו בפנים הכוכבים, עשויה להיות מושבתת מגורם של 1000. האם לא הושגה השפעתם של אינטראקציות גאות ושמש עם כדור הארץ מרקורי? האם גורם של 1000 אי דיוקים לא יסתר כאן את התנועות הנצפות של אותו כוכב לכת?

עליך להיות מחובר בכדי לפרסם תגובה.

20 בספטמבר 2009 בשעה 9:41 בבוקר

חישובים חדשים מראים כי WASP-18b ככל הנראה לא יהיה יציב במסלולו הנוכחי, אלא ייזרק מהכוכב, במהירות הגבוהה פי 3 מהמהירות שאסטרונומים כיום מאמינים שהוא "צריך" להתקרב לכוכב.

זה ללא ספק יהיה מכה גדולה ומשהו שאנחנו צריכים להיות מסוגלים לאשר תוך שנה עד שנתיים.

הרעיון שגם כוכבי הלכת מושפעים מאותו כוח מואץ שגששי החלל (על ידי מעופפים על ידיו) תומכים בתיאוריה החדשה הזו ומאפשרים גם להבין את הסיבה ל -4 התעלומות הבאות:

1.) מדוע ניתן למצוא כוכבי לכת גזיים סגורים מאוד להתחלות (עם האווירה שלהם שלמה)
2.) מדוע ניתן למצוא כוכבי לכת ענקיים כמו 15 מיליארד ק"מ. מכוכבי האם שלהם.
3.) כיצד נוצר צדק (רחוק יותר מהשמש) ומה קירב אותו לשמש.
4.) כיצד מגיעים מים לארץ.


כוכב הלכת Exoplanet WASP-107b הוא אפילו יותר מוזר ממחשבה

רושם של אמן מ- WASP-107b. אשראי תמונה: נאס"א / ESA / האבל / מ 'קורנמסר.

WASP-107 הוא כוכב רצף ראשי פעיל ביותר מסוג K שנמצא במרחק של כ- 212 שנות אור בקבוצת הכוכבים בתולה.

WASP-107b זוהה לראשונה בשנת 2017, הוא אחד מכוכבי הלכת הפחות צפופים ביותר הידועים & # 8212 מסוג שכוכבי לכת שכינו כוכבי לכת אסטרופיזיקאים "סופר-עלים" או "כותנה-ממתק".

הוא מקיף קרוב מאוד לכוכב וקרוב יותר מפי 16 לכדור הארץ אל השמש פעם ב 5.7 ימים.

יש לו את אחת האטמוספירות הכי מגניבות של כל אחד מכוכבי הלכת החיצוניים שהתגלו, אם כי בחום של 500 מעלות צלזיוס (932 מעלות פרנהייט) הוא עדיין חם יותר מכדור הארץ.

במחקר החדש, פרופסור ביורן בנקה ועמיתיו של אוניברסיטת דה מונטריאול ועמיתיו השתמשו בתצפיות על ה- WASP-107b שהושגו במצפה הכוכב קק בהוואי כדי להעריך את מסת כדור הארץ בצורה מדויקת יותר.

הם הגיעו למסקנה שהמסה של WASP-107b היא כעשירית מזו של צדק, או בערך פי 30 מזה של כדור הארץ.

לאחר מכן הם עשו ניתוח כדי לקבוע את המבנה הפנימי הסביר ביותר של כדור הארץ.

"עבודה זו מתייחסת ליסודות האופן שבו כוכבי לכת ענקיים יכולים להיווצר ולצמוח", אמר פרופסור בנקה.

"זה מספק הוכחה קונקרטית לכך שניתן להפעיל צבירה מסיבית של מעטפת גז ליבות שהן הרבה פחות מסיביות ממה שחשבו בעבר."

האסטרונומים הגיעו למסקנה מפתיעה: עם צפיפות כה נמוכה, על כדור הארץ להיות בעל גרעין מוצק של פי 4 ממסת כדור הארץ.

משמעות הדבר היא שיותר מ -85% ממסתו נכללים בשכבת הגז העבה המקיפה את הליבה הזו.

"היו לנו הרבה שאלות לגבי WASP-107b," אמרה קרוליין פיאולט, דוקטורט. סטודנט במכון לחקר כוכבי לכת באוניברסיטת מונטריאול.

"כיצד יכול להיווצר כוכב לכת בעל צפיפות כה נמוכה? ואיך היא שמרה על שכבת הגז הענקית שלה לברוח, במיוחד לאור קרבתו של כוכב הלכת לכוכב שלו? "

"עבור WASP-107b, התרחיש הסביר ביותר הוא שכוכב הלכת נוצר הרחק מהכוכב, שם הגז בדיסק קר מספיק כדי שהסתגלות הגז יכולה להתרחש במהירות רבה, אמרה פרופסור איב לי, אסטרונומית במחלקה לפיזיקה. ומכון החלל מקגיל באוניברסיטת מקגיל.

"מאוחר יותר הכוכב הצליח לנדוד למיקומו הנוכחי, באמצעות אינטראקציות עם הדיסק או עם כוכבי לכת אחרים במערכת."

מעבר ל- WASP-107b, הצוות זיהה גם כוכב לכת שני ומאסיבי יותר במסלול אקסצנטרי רחב.

לכוכב הלכת יש מסה של 0.36 המוני צדק ומקיף את הכוכב אחת לשלוש שנים.

נקרא WASP-107c, יתכן שהוא השפיע על נדידת מסלול מסלול הסיבוב של מסלול הסיבוב של WASP-107b.

"WASP-107c שמר במובנים מסוימים את הזיכרון של מה שקרה במערכת שלה," אמר פיאולט.

"האקסצנטריות הרבה שלה מרמזת על עבר כאוטי למדי, עם יחסי גומלין בין כוכבי הלכת שעלולים היו להוביל לתזוזות משמעותיות, כמו זו החשודה ב- WASP-107b."

הממצאים פורסמו ב כתב עת אסטרונומי.

קרוליין פיאולט ואח '. 2021. הצפיפות של WASP-107b נמוכה עוד יותר: מחקר מקרה לפיזיקה של צניחת מעטפת גז פלנטרית ונדידה במסלול. AJ 161, 70 doi: 10.3847 / 1538-3881 / abcd3c


ברזל באווירה של צדק WASP-33b החם במיוחד

הנה עלילה מתוך מאמר חדש של דייוויד קונט ואח 'מאוניברסיטת גטינגן. העלילה מציגה ספקטרום של מערכת ה- WASP-33, שהושגה באמצעות הספקטרוגרף הקרוב לאינפרא אדום בטלסקופ בגובה 3.5 מ 'במצפה הכוכבים אלטר.

התמונה מציגה תכונות הנגרמות על ידי קווי ספיגת ברזל, כפונקציה של זמן (ציר y). הספקטרום הותאם כך שמהירות אפסית (RV) מתמקדת בכוכב המארח, WASP-33. סיבוב הכוכב גורם לתכונות על פני התפשטות המהירויות המסומנות בקווים הצהובים המקווקו.

אפשר לראות בבירור את ההשפעה המדהימה של פעימות בזמן שהם מתרוצצים סביב הכוכב. הפעימות מתרגשות ככל הנראה ממשיכת הגאות והשפל של כדור הארץ.

בנוסף, למרות זאת, ומסומן על ידי חיצים צהובים, הוא קו אלכסוני קלוש. זה נגרם על ידי כדור הארץ, WASP-33b, והוא ההשפעה של קווי ספיגת ברזל באטמוספירה של כדור הארץ. הוא נע באלכסון על פני התמונה בגלל תנועתו של כדור הארץ סביב הכוכב.

על ידי השוואת ניתוח קווי הברזל שלהם לניתוח דומה לגבי תחמוצת טיטניום, המחברים מראים כי ישנה היפוך טמפרטורה (טמפרטורה גבוהה יותר בגובה רב יותר) באטמוספירה של כדור הארץ.


עדויות לחומר בגבול גז נוזלי בכדור-החוץ WASP-31b

רושם אמן של כוכב לכת. אשראי: ESA / ATG medialab, CC BY-SA 3.0 IGO

אחד המאפיינים ההופכים כוכב לכת מתאים לחיים הוא נוכחות של מערכת מזג אוויר. כוכבי לכת רחוקים מכדי לצפות ישירות בכך, אך אסטרונומים יכולים לחפש חומרים באטמוספירה המאפשרים מערכת מזג אוויר. חוקרים ממכון ה- SRON ההולנדי לחקר החלל ומאוניברסיטת חרונינגן מצאו כעת עדויות בכדור-החוץ WASP-31b לכרום הידריד, אשר בטמפרטורה ולחץ המתאימים הוא בגבול בין נוזל לגז. המחקר פורסם ב אסטרונומיה ואסטרופיזיקה.

בעוד בדיקות חלל סורקות את כוכבי הלכת והירחים סביב השמש שלנו לחיים מחוץ לכדור הארץ, ישנם מאות מיליארדי כוכבים אחרים בגלקסיה שלנו, רובם ככל הנראה מוקפים בכוכבי לכת. מה שנקרא כוכבי לכת אלה רחוקים מכדי לנסוע אליהם, אך אנו יכולים לחקור אותם באמצעות הטלסקופים שלנו. למרות שהרזולוציה המרחבית בדרך כלל אינה מספיקה בכדי ליצור תמונה של כוכב לכת, אסטרונומים עדיין יכולים לקבל מידע רב מטביעות האצבעות שהאטמוספירה משאירה בקרני האור של הכוכב המארח.

מאותם טביעות אצבע - מה שנקרא ספקטרום העברה - אסטרונומים מסיקים אילו חומרים נמצאים באטמוספירה של כוכב לכת. אלה יכולים יום אחד לתת אינדיקציה לחיים מחוץ לכדור הארץ. או שהם יכולים להראות שיש מצב לחיים, כמו מערכת מזג אוויר. אולם לעת עתה, סוג זה של מחקר מוגבל לכוכבי לכת ענקיים הקרובים לכוכביהם, מה שמכונה צדק חם. כוכבי הלכת האלה חמים מכדי לצפות לחיים, אבל הם כבר יכולים ללמד אותנו הרבה על האופן שבו מערכות מזג אוויר אפשריות פועלות. צוות מחקר של מכון SRON הולנד לחקר החלל מאוניברסיטת חרונינגן מצא כעת עדויות לחומר בגבול בין נוזל לגז. על כדור הארץ זה מזכיר עננים וגשם.

הסופר הראשון מריק בראם ועמיתיו מצאו עדויות בנתוני האבל לכרום הידריד (CrH) באטמוספירה של כוכב הלכת WASP-31b. זהו צדק לוהט עם טמפרטורה של כ -1,200 מעלות צלזיוס באזור הדמדומים בין יום ללילה - המקום בו אור הכוכבים עובר באטמוספירה לכיוון כדור הארץ. וזה קורה בסביבות הטמפרטורה בה כרום הידריד עובר מנוזל לגז בלחץ המקביל בשכבות החיצוניות של כדור הארץ, בדומה לתנאי המים בכדור הארץ. "כרום הידריד יכול למלא תפקיד במערכת מזג אוויר אפשרית על פני כדור הארץ הזה, עם עננים וגשם", אומר בראם.

זו הפעם הראשונה שכרום הידריד נמצא על צדק חם ולכן בלחץ ובטמפרטורה הנכונים. בראם: "עלינו להוסיף כי מצאנו כרום הידריד רק באמצעות טלסקופ החלל האבל. לא ראינו זאת בנתונים מטלסקופ הקרקע VLT. ישנם הסברים הגיוניים לכך, אך אנו משתמשים במונח ראיה במקום הוכחה. "

כאשר יורשו של האבל - טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) - הושק מאוחר יותר השנה, הצוות מתכנן להשתמש בו להמשך חקירה. "לצדקנים חמים, כולל WASP-31b, תמיד יש את אותו הצד מול הכוכב המארח שלהם", אומר מחבר שותף ומנהל התוכנית SRON Exoplanets Michiel Min. "לכן אנו מצפים לצד יום עם כרום הידריד בצורה גזית וצד לילי עם כרום הידריד נוזלי. על פי מודלים תיאורטיים, הפרש הטמפרטורות הגדול יוצר רוחות חזקות. אנו רוצים לאשר זאת בתצפיות."

המחבר המשותף פלוריס ואן דר טק (SRON / UG) אומר, "עם JWST אנו מחפשים כרום הידריד בעשרה כוכבי לכת עם טמפרטורות שונות, כדי להבין טוב יותר כיצד מערכות מזג האוויר בכוכבי לכת אלה תלויות בטמפרטורה."


לא רק למציאת כוכבי לכת: טלסקופ TESS של צייד כוכבי הלכת החיצוני מזהה פרץ קרני גמא בהירות

תמונה של מסגרת מלאה של TESS בקצב מיד לפני ההדק BAT (משמאל) ובשיא השיא של הפיצוץ (במרכז). הופעתו של הזוהר ניכרת במרכז התמונה, מסומנת על ידי החץ הלבן. החלונית הימנית מציגה את אותו אזור בשמים, עם כיוון שונה במקצת, בסקר השמים הדיגיטלי (DSS) מוצג בפינה השמאלית התחתונה שיבוץ קטן של תמונת TESS כדי להדגים את השינוי בכיוון. אשראי: יומן אסטרופיזי

לנאס"א יש מסורת ארוכה של תגליות בלתי צפויות, ומשימת ה- TESS של תוכנית החלל אינה שונה. האסטרופיזיקאי של SMU וצוותה גילו פרץ קרני גמא בהיר במיוחד באמצעות טלסקופ נאס"א שנועד למצוא כוכבי לכת - כאלה המתרחשים מחוץ למערכת השמש שלנו - במיוחד כאלה שעשויים להיות מסוגלים לתמוך בחיים.

זו הפעם הראשונה שפרץ קרני גמא נמצא בדרך זו.

התפרצויות קרני גמא הן הפיצוצים הבהירים ביותר ביקום, הקשורים בדרך כלל לקריסת כוכב מסיבי ולהולדת חור שחור. הם יכולים לייצר אנרגיה רדיואקטיבית ככל שהשמש תשחרר במהלך כל קיומה של 10 מיליארד השנים.

קריסטה לינן סמית ', פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת דרום המתודיסט, וצוותה אישרו את הפיצוץ - שנקרא GRB 191016A - אירע ב -16 באוקטובר וקבע גם את מיקומו ומשכו. מחקר על התגלית פורסם ב כתב העת האסטרופיזי.

"הממצאים שלנו מוכיחים כי טלסקופ ה- TESS הזה שימושי לא רק למציאת כוכבי לכת חדשים, אלא גם לאסטרופיזיקה עתירת אנרגיה", אמר סמית ', המתמחה בשימוש בלוויינים כמו TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) כדי לחקור חורים שחורים סופר-מסיביים וגז שמקיף את הלוויין. אוֹתָם. מחקרים כאלה שופכים אור על התנהגות החומר בתקופת החלל המעוותת סביב חורים שחורים ועל התהליכים שבהם חורים שחורים פולטים סילונים חזקים לגלקסיות המארחות שלהם.

סמית חישב כי ל- GRB 191016A היה שיא של 15.1, מה שאומר שהוא היה פי 10 יותר חלש יותר מהכוכבים הקלושים ביותר שאנחנו יכולים לראות בעיניים בלתי מזוינות.

זה אולי נשמע די עמום, אבל העייפות קשורה למרחק שהפרץ התרחש. ההערכה היא כי האור מהגלקסיה של GRB 191016A נסע 11.7 מיליארד שנים לפני שנראה בטלסקופ TESS.

מרבית פרצי קרני הגמא עמומים יותר - קרוב יותר ל -160,000 פעמים בהירים יותר מהכוכבים הקלושים ביותר.

ההתפרצות הגיעה לשיא בהירותה מתישהו בין 1,000 ל -2,600 שניות, ואז דעכה בהדרגה עד שנפלה מתחת ליכולתה של TESS לזהות אותה כ- 7000 שניות לאחר שראשונה.

כיצד SMU וצוות מומחי כוכב-לכת אישרו את ההתפרצות

פרץ קרני הגמא הזה זוהה לראשונה על ידי הלוויין של נאס"א בשם Swift-BAT, שנבנה כדי למצוא את ההתפרצויות הללו. אך מכיוון ש- GRB 191016A התרחש קרוב מדי לירח, ה- Swift-BAT לא יכול היה לבצע את המעקב הנדרש, בדרך כלל יצטרך ללמוד עליו יותר עד שעות מאוחר יותר.

TESS של נאס"א הסתכל במקרה על אותו חלק בשמים. זה היה מזל עצום, כאשר TESS מפנה את תשומת לבה לרצועת שמים חדשה מדי חודש.

בעוד שחוקרי כוכבי לכת על בסיס קרקע של TESS ידעו מיד שפרץ קרני גמא קרה, יעברו חודשים עד שהם ישיגו נתונים כלשהם מלוויין TESS. אך מכיוון שהתמקדותם הייתה בכוכבי לכת חדשים, חוקרים אלה שאלו אם ישנם מדענים אחרים בכנס TESS בסידני, אוסטרליה, מעוניינים לעשות יותר חפירה על הפיצוץ.

סמית 'היה אחד ממומחי האסטרופיזיקה האנרגטיים הגבוהים שם באותה תקופה והתנדב במהירות.

"ללוויין TESS יש פוטנציאל רב ליישומים בעלי אנרגיה גבוהה, וזו הייתה דוגמה טובה מכדי להעביר אותה," אמרה. האסטרופיזיקה באנרגיה גבוהה חוקרת את התנהגות החומר והאנרגיה בסביבות קיצוניות, כולל האזורים סביב חורים שחורים, סילונים רלטיביסטיים רבי עוצמה ופיצוצים כמו פרצי קרני גמא.

TESS הוא טלסקופ אופטי האוסף עקומות אור על כל מה שנמצא בתחום הראייה שלו, כל חצי שעה. עקומות אור הן גרף של עוצמת האור של אובייקט או אזור שמימי כפונקציה של זמן. סמית ניתח שלוש עקומות אור אלה כדי להצליח לקבוע עד כמה פרץ היה בהיר.

היא גם השתמשה בנתונים ממצפים קרקעיים ולוויין קרני הגמא הסוויפט כדי לקבוע את מרחק התפרץ ותכונות אחרות לגביו.

"מכיוון שהפרץ הגיע לשיא בהירותו מאוחר יותר והיה בעל בהירות שיא גבוהה יותר מרוב ההתפרצויות, הוא איפשר לטלסקופ TESS לבצע תצפיות מרובות לפני שהפרץ נמוג מתחת לגבול הזיהוי של הטלסקופ," אמר סמית. "סיפקנו את המעקב האופטי היחיד המבוסס על החלל על הפרץ יוצא הדופן הזה."


אסטרונומים מגלים את כדור הארץ שמעולם לא היה

האיור של האמן והציון # 039 מתאר את ההתנגשות של שני גופים קפואים ומאובקים ברוחב של כ -125 מייל שמקיפים את הכוכב הבהיר פומלהוט, הממוקם במרחק של 25 שנות אור. (איור: ESA, NASA ו- M. Kornmesser)

מה שאסטרונומים חשבו שהוא כוכב לכת שמעבר למערכת השמש שלנו נעלם כעת לכאורה מהעין, מה שמרמז שמה שהוכרז כאחד מכוכבי הלכת הראשונים שהתגלו אי פעם עם הדמיה ישירה, ככל הנראה מעולם לא היה קיים.

שני אסטרונומים מאוניברסיטת אריזונה מסיקים כי טלסקופ החלל האבל של נאס"א הסתכל במקום זאת בענן מתרחב של חלקיקי אבק עדינים מאוד משני גופים קפואים שהתנפצו זה בזה. האבל הגיע מאוחר מדי כדי לחזות בחשד להתנגשות, אך ייתכן שכבש את תוצאותיה. כוכב הלכת החסר בפעולה נראה לאחרונה ומקיף את הכוכב פומלהוט, במרחק של 25 שנות אור.

"ההתנגשויות הללו נדירות ביותר ולכן מדובר בעניין גדול שאנו באמת רואים עדויות לכך", אמר אנדראס גאספארעוזר אסטרונום במצפה הכוכבים של אוניברסיטת אריזונה ומחברו הראשי של מאמר מחקר שהכריז על התגלית. "אנו מאמינים שהיינו במקום הנכון ובזמן הנכון להיות עדים לאירוע כה בלתי סביר בטלסקופ החלל האבל של נאס"א."

"מערכת הכוכבים של פומלהוט היא מעבדת הבדיקה האולטימטיבית לכל הרעיונות שלנו לגבי התפתחות כוכבי לכת ומערכות כוכבים", הוסיף ג'ורג 'ריקה, פרופסור יורש עצר לאסטרונומיה במצפה הכוכבים. "אכן יש לנו עדויות להתנגשויות כאלה במערכות אחרות, אך שום דבר בסדר גודל כזה לא נצפה במערכת השמש שלנו. זו שרטוט של איך כוכבי לכת הורסים זה את זה."

הכוכב החיצוני החשוד, ששמו פומלהוט ב ', הוכרז לראשונה בשנת 2008, בהתבסס על נתונים משנת 2004 ו -2006. הוא נראה בבירור בכמה שנים של תצפיות האבל, שחשפו כי זו נקודה נעה. עד אז הובאו ראיות לכוכבי לכת על פי רוב באמצעות שיטות זיהוי עקיפות, כגון נענועי כוכבים קדימה ואחורה וצללים מכוכבי לכת שעברו מול כוכביהם.

בניגוד לכוכבי לכת אחרים המוצגים ישירות, עם זאת, התעוררו פאזלים עם פומלהוט ב. האובייקט היה בהיר באור הנראה לעין - דבר יוצא דופן במיוחד עבור כוכב לכת חיצוני, שפשוט קטן מכדי להחזיר מספיק אור מהכוכב המארח שלו כדי להיראות מכדור הארץ. יחד עם זאת, לא הייתה לה שום חתימת חום אינפרא אדום שניתן לזיהוי - שוב, יוצא דופן ביותר, מכיוון שכוכב לכת צריך להיות חם מספיק כדי לזרוח באינפרא אדום, במיוחד צעיר כמו פומלהאוט ב '. אסטרונומים שיערו כי הבהירות הנוספת נבעה מקליפה ענקית או מטבעת אבק המקיף את כדור הארץ שעלולים להיות קשורים להתנגשות.

"המחקר שלנו, שניתח את כל נתוני הארכיון הזמינים על Fomalhaut, גילה כמה מאפיינים שיחד מציירים תמונה שהאובייקט בגודל הפלנטה אולי מעולם לא היה קיים מלכתחילה", אמר גספאר.

הצוות מדגיש כי המסמר האחרון בארון הקודש הגיע כאשר ניתוח הנתונים שלהם של תמונות האבל שצולמו בשנת 2014 הראה שהאובייקט נעלם, לחוסר אמונם. נוסף לתעלומה, תמונות קודמות הראו שהאובייקט דוהה ברציפות לאורך זמן, הם אומרים.

"ברור שפומלהאוט ב 'עשה דברים שכוכב לב אמיתי לא אמור היה לעשות," אמר גספאר.

הפרשנות היא ש- Fomalhaut b מתפשט אט אט מההתמוטטות שפוצצה ענן אבק שמתפזר לחלל. אם לוקחים בחשבון את כל הנתונים הזמינים, Gáspár ו- Rieke חושבים שההתנגשות התרחשה זמן לא רב לפני התצפיות הראשונות שנערכו בשנת 2004. עד כה ענן הפסולת - המורכב מחלקיקי אבק בגודל של 1 מיקרון, או בקוטר של כ -1 / 50 של שיער אנושי - הוא מתחת לגבול האיתור של האבל. לפי הערכות ענן האבק התרחב עד עכשיו לגודל גדול יותר ממסלול כדור הארץ סביב השמש.

לא פחות מבלבל הוא שהצוות מדווח שהאובייקט נמצא בסבירות גבוהה יותר לנתיב בריחה, ולא במסלול אליפטי, כצפוי לכוכבי לכת. זה מבוסס על החוקרים שהוסיפו תצפיות מאוחרות יותר לעלילות המסלול מנתונים קודמים.

"ענן אבק מסיבי שנוצר לאחרונה, שחווה כוחות קרינה ניכרים מהכוכב המרכזי פומלהאוט, יונח על מסלול כזה", אמר גספאר. "המודל שלנו מסוגל באופן טבעי להסביר את כל הפרמטרים הבלתי ניתנים לצפייה של המערכת: קצב התפשטותה, דהייתה ומסלולה."

מכיוון ש- Fomalhaut b נמצא כיום בתוך טבעת ענקית של פסולת קרחית שמקיפה את הכוכב Fomalhaut, גופים מתנגשים עשויים להיות תערובת של קרח ואבק, כמו שביטים הקיימים בחגורת קויפר בשוליים החיצוניים של מערכת השמש שלנו. Gáspár ו- Rieke מעריכים כי כל אחד מהגופים דמויי השביט נמדד ברוחב של כ -125 מייל, בערך חצי מגודל האסטרואיד וסטה.

לדברי המחברים, המודל שלהם מסביר את כל המאפיינים שנצפו של פומלהוט ב. דוגמנות מתוחכמת של אופן תנועת האבק לאורך זמן, שנעשית על גבי אשכול מחשבים באריזונה, מראה שמודל כזה מסוגל להתאים כמותית לכל התצפיות. על פי חישובי המחבר, מערכת Fomalhaut, הממוקמת במרחק של כ -25 שנות אור מכדור הארץ, עשויה לחוות את אחד האירועים הללו רק כל 200,000 שנה.

Gáspár ו- Rieke - יחד עם חברי צוות אחרים - יצפו גם במערכת Fomalhaut עם טלסקופ החלל הקרוב של ג'יימס ווב של נאס"א בשנה הראשונה לפעילות מדעית. הצוות יצלם ישירות את האזורים החמים הפנימיים של המערכת, ולראשונה במערכת כוכבים שאינה שלנו, הם יקבלו מידע מפורט על הארכיטקטורה של חגורת האסטרואידים החמקמקה של פומלהוט. הצוות יחפש גם כוכבי לכת תום לב שמקיפים את פומלהוט שעשויים עדיין לחכות לגילוי.

המאמר שלהם, "נתונים חדשים על HST (האבל) והדוגמנות חושפים התנגשות אדירה מסביב לפומלהוט", פורסם בהליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.


כוכב הלכת החיצוני כולל סטרטוספירה חונקת ללא מים

צוות מדענים בראשות נאס"א קבע כי ל- WASP-18b, "צדק חם" הממוקם במרחק של 325 שנות אור מכדור הארץ, יש סטרטוספירה עמוסה בפחמן חד חמצני, אך אין לה סימני מים. קרדיט: נאס"א

צוות בהנהגת נאס"א מצא עדויות לכך שכוכב הלכת החיצוני הגדול WASP-18b עטוף בסטרטוספירה מחניקה עמוסה בפחמן חד חמצני ונטול מים. הממצאים מגיעים מניתוח חדש של תצפיות שנעשו על ידי טלסקופי החלל האבל ושפיצר.

היווצרות שכבת סטרטוספירה באטמוספירה של כוכב לכת מיוחסת למולקולות דמויי "קרם הגנה", הקולטות קרינה אולטרה סגולה (UV) ונראית לעין המגיעה מהכוכב ואז משחררת את האנרגיה הזו כחום. המחקר החדש מצביע על כך שלצדק החם "WASP-18b", כוכב לכת מסיבי המקיף קרוב מאוד לכוכב המארח שלו, יש הרכב יוצא דופן, והיווצרותו של עולם זה עשויה הייתה להיות שונה לגמרי מזו של צדק וענקי הגז ב מערכות פלנטריות אחרות.

"הרכב ה- WASP-18b מתנגד לכל הציפיות", אמר קייל שפרד ממרכז טיסת החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד, המחבר הראשי של העיתון שפורסם ב מכתבי יומן אסטרופיזיים. "לא ידוע לנו על כוכב לכת חוץ-קוטבי אחר שבו פחמן חד-חמצני שולט בצורה מוחלטת באטמוספירה העליונה."

על כדור הארץ, האוזון קולט UV בסטרטוספירה, ומגן על עולמנו מפני קרינה מזיקה רבה של השמש. עבור קומץ כוכבי הלכת החיצוניים עם סטרטוספירות, הספיגה נחשבת בדרך כלל כמולקולה כמו תחמוצת טיטניום, קרובת משפחה של טיטניום דו חמצני, המשמשת על כדור הארץ כפיגמנט צבע ומרכיב קרם הגנה.

The researchers looked at data collected for WASP-18b, located 325 light-years from Earth, as part of a survey to find exoplanets with stratospheres. The heavyweight planet, which has the mass of 10 Jupiters, has been observed repeatedly, allowing astronomers to accumulate a relatively large trove of data. This study analyzed five eclipses from archived Hubble data and two from Spitzer.

From the light emitted by the planet's atmosphere at infrared wavelengths, beyond the visible region, it's possible to identify the spectral fingerprints of water and some other important molecules. The analysis revealed WASP-18b's peculiar fingerprint, which doesn't resemble any exoplanet examined so far. To determine which molecules were most likely to match it, the team carried out extensive computer modeling.

"The only consistent explanation for the data is an overabundance of carbon monoxide and very little water vapor in the atmosphere of WASP-18b, in addition to the presence of a stratosphere," said Nikku Madhusudhan a co-author of the study from the University of Cambridge, United Kingdom. "This rare combination of factors opens a new window into our understanding of physical and chemical processes in exoplanetary atmospheres."

The findings indicate that WASP-18b has hot carbon monoxide in the stratosphere and cooler carbon monoxide in the layer of the atmosphere below, called the troposphere. The team determined this by detecting two types of carbon monoxide signatures, an absorption signature at a wavelength of about 1.6 micrometers and an emission signature at about 4.5 micrometers. This is the first time researchers have detected both types of fingerprints for a single type of molecule in an exoplanet's atmosphere.

In theory, another possible fit for the observations is carbon dioxide, which has a similar fingerprint. The researchers ruled this out because if there were enough oxygen available to form carbon dioxide, the atmosphere also should have some water vapor.

To produce the spectral fingerprints seen by the team, the upper atmosphere of WASP-18b would have to be loaded with carbon monoxide. Compared to other hot Jupiters, this planet's atmosphere likely would contain 300 times more "metals," or elements heavier than hydrogen and helium. This extremely high metallicity would indicate WASP-18b might have accumulated greater amounts of solid ices during its formation than Jupiter, suggesting it may not have formed the way other hot Jupiters did.

"The expected launch of the James Webb Space Telescope and other future space-based observatories will give us the opportunity to follow up with even more powerful instruments and to continue exploring the amazing array of exoplanets out there," said Avi Mandell, an exoplanet scientist at Goddard and the second author of the paper.


Ep. 573: Exoplanet Atmospheres

Not only have astronomers discovered thousands of exoplanets, but they’re even starting to study the atmospheres of worlds thousands of light-years away. What can we learn about these other worlds, and maybe even signs of life.

Show Notes

A faint resemblance of Sun and Earth (Max Planck Institute for Solar System Research)

Transcript

Fraser: Starting to cast episode 573, exoplanet atmospheres. Welcome to Astronomy Caster weekly facts-based journey through the cosmos. Where we help you understand not only what we know, but how we know what we know. I’m Fraser Cain, publisher of Universe Today. With me as always is Dr. Pamela Gay a senior scientist for the Planetary Science Institute and the director of Cosmo Quest. Hey, Pamela, how are you doing?

Pamela: I’m doing well. How are you doing, Fraser?

Fraser: I’m doing great. Again, normally I talk about how wonderful the weather is. But actually, here the weathers gotten really nasty again. It’s gotten cold and raining and it’s been a pretty mediocre springtime and we’re stuck in doors. Although, amazingly they’ve decided that the virus is pretty much wiped out on Vancouver Island. So, at this point now no cases in two weeks, nobody in the hospital. We have no issue.

Pamela: So, clearly what you need is absolutely no more travel, no guest, no visitors,

Pamela: Isolate the island, lock down the borders.

Fraser: Yeah, shutting off the island. No one else can come to our island until that vaccine gets created. So, it’s like a mini New Zealand.

Pamela: So, we’re not so lucky here. We’re dealing with the fact that in the United States the Memorial Day holiday weekend lead to lots of people getting together. We’re having resurgent’s nationwide. Here in the small town I live in, we’ve had seven new cases diagnosed in the past week. But to get tested, you have to be so sick they’re gonna hospitalize you.

Fraser: So, definitely remain inside.

Pamela: Yeah. People in my life will not let me leave my house or leave my yard is the case, maybe.

Fraser: I think it’s important for us to just mention, as a Canadian, I’m watching what’s going on in your country right now with shock and horror. Yet, this is clearly a long time coming and I just really hope that this time around the people in power listen to the desires of the individuals who have had various levels of oppression. It is gone on for too long it’s ridiculous to see this happen again and again. It’s great to see both the amount of protest and just a showing of support that’s going on. To see, I hope, people taking this seriously and enacting significant change.

Pamela: To put things bluntly, black lives matter and for too long they have been considered disposable by the police here in the United States. Where we see white serial killers, people who shoot up schools, getting carried away in handcuffs and given hamburgers. White supremacist allowed to fill our capital buildings while wearing sub machine guns with nothing happening. We have watched as children get killed playing in parks with water guns. We have seen a teenager walking home with Twizzlers get killed for no reason. Black lives matter.

Fraser: Yeah. This has been going on. It was just with the most recent event, it was just such a stark obvious, well documented example of a man being killed by police in real time. You got to see it.

Pamela: One in one thousand black men and boys in this country can expect to be killed by the police.

Fraser: So, you have our support in Canada, everyone who’s protesting. We will continue, I think to keep this in the forefront of all of our minds as we move forward. That’s it, let’s get on with the astronomy. So, not only have astronomers discovered thousands of exoplanets. But they’re even starting to study the atmospheres of worlds thousands of light years away. What can we learn about these other worlds and maybe even signs of life?

So, at this point now, of course, we know of more than four thousand exoplanets. I’ve lost count it’s too many to count. It’s in the thousands, which is such great news. But all we know about the vast majority of these planets is it exist. It goes around the star every X amount of days, weeks, months. It might be this size it might be that size and it might have more or less mass than the earth.

But we don’t know much and that’s kind of boring. What we really wanna know is there atmosphere, is there liquid water? Are there inhabitable zones, does it look like the kind of world that we could find life on? Finding and actually examining atmospheres is next level. So, what does it take for some kind of telescope to be able to examine the atmosphere of an exoplanet?

Pamela: What it takes quite simply is catching a planet in the process of passing in front of the star it orbits. Being able to get sufficiently high-resolution spectra both with the planet in front of the star and not in front of the star. That we can see what the planet’s atmosphere is when we subtract the stars light from the star plus planet’s light.

Fraser: Let’s talk about that idea of the spectra of the star and the spectra of the planet. So, what are you talking about there?

Pamela: So, anything that is giving off light is giving it off in some portion of a rainbow. This means that if we recreate the Pink Floyd cover art and shine light through a prism, we see it spread out into a rainbow. Now, it turns out different atoms will absorb light and admit light in very specific colors that are determined through quantomechanics and the exact temperature and energy configuration of that atom.

So, when we look at a spectrum and we see super imposed, on this rainbow, dark lines and bright lines, absorption, and emission lines. We can say this rainbow captured the absorption and emission of light from this specific set of atoms. With our sun, this allows up to get the composition of it’s atmosphere. With our own atmosphere we see lines that are getting absorbed out of the sunlight by water vapor in the atmosphere. Water vapors one of the most annoying things in our atmosphere that plagues spectroscopist. So, we can measure our own atmosphere with our telescopes.

Fraser: Right. So, you take the light from anything, a star, a galaxy, a planet, whatever you want. You break that light Pink Floyd style into a rainbow. You then blow that rainbow up so that it’s really big and you will see dark lines and bright lines in that rainbow. From that, that will tell you the presence of various chemicals. You’ll say, “Oh, there’s oxygen there.” “Oh, there’s water there.” “Oh, there’s uranium there.” Each element, each atom will provide a very specific signature.

Fraser: Now, you don’t know how much there is. You just know that it exists, right?

Pamela: Well, you can actually start to get in how much based on how much absorption or emission is going on. Each atom is contributing its own number of photons, but it can only do so much by itself. It’s through atom, upon atom, upon atom working together to absorb that light.

That we’re able to see the bright and dark bands that we see. Now, if you only have the smallest amount of oxygen in a planet’s atmosphere. We may never see absorption lines from that because there’s just not enough atoms to do the absorption. But if a planet that has an atmosphere rich in oxygen passes in front of it’s star. We will see that as deeper lines in the spectrum. So, we can actually start to get at ratios of how much of one atom or molecule is present versus another atom or molecule.

Fraser: So, then let’s talk about how this relates to studying the atmosphere of a plant. So, you’re taking this rainbow, you’re watching the star. You’re getting one rainbow and then the plant passes in front of the star and then you get a second rainbow?

Fraser: What does that tell you?

Pamela: Well, it tells you the two of them aren’t identical in their velocities and their compositions. So, all the little variations in the placement and depth or height of those absorption and emission lines. They tell us something different about the story. So, for instance we’ve all seen what happens when you turn on a blue light and a red light and you partially overlap the light. You see purple in the middle, you see the combination of the light from the two sources.

Well, this is exactly what happens when you have a planet passing in front the star. You have the light that isn’t going through the atmosphere and you have the light that is going through the atmosphere super imposed together. If you’re able to say, “Okay, I know what this light from the star is, let me subtract that.” That lets you see just what the planet and the planet alone is. It’s this secondary rainbow, which interestingly because the star and the planet have different velocities.

Is actually going to be blue shifted or red shifted. So, the individual, let’s say there’s carbon dioxide in the atmosphere of that planet. We’ll see all the little carbon dioxide lines shifted from any carbon dioxide. If it’s a super cool star, in the star’s light.

Fraser: Wow. So, that way you may know. Like if you see carbon dioxide you may say, “Okay, well we know there’s carbon dioxide. But we don’t know whether it’s coming from the star or the planet.” But it turns out, you can tell just by how that light is shifted. So, what are the instruments? What are the tools that astronomers use to study the atmospheres? Again, it’s blowing my mind that I’m even saying these words. What methods, what tools? In terms of telescopes, what observatories is doing the heavy lifting in studying the atmospheres of these other planets?

Pamela: Well, the old work horse that did this for the longest time and is sadly no longer with us is Spitzer. The first mission to really be able to say this world has an atmosphere and we’re looking at it. Was that telescope working in the infrared where the light from planets is brightest because planets are just warm little bodies. So, we emit the most light in infrared and stars are often fainter in the infrared. So, you’re dealing with less star light, more planet light and Spitzer was kind of ideal for this. JWST when and if it launches is gonna be even better.

Fraser: When it launches, not if.

Pamela: It’s 2020. You have to grant me the if in 2020.

Fraser: Possibly yeah, this is a year in flux. I’ll give you that.

Pamela: So, right now we don’t really have any big workhorses. Which is very frustrating for the test mission, which was designed to find these transiting planets and send the data to JWST for follow up. So, we’re having to get creative in what we do, and that creativity means working with a very large telescope and other telescopes here on the planet. To go as far into the infrared as our atmospheres going to allow us to go and use ground-based instruments.

One of the ones that’s proving itself best is EXPRES. EXPRES really earned a name for itself with the MASCARA-2 discovery. That’s an actual planet name, I have no idea what that acronym is. Where it started to be able to look at planetary atmospheres in detail to see what all is out there. Right now, we’re at this really cool stage where we’re able to see hot Jupiter’s that clearly have lead in their atmosphere.

We’re able to find white dwarfs that have anomalous chemicals around them that point to gas giants getting shredded apart. Now, what we haven’t found yet is that world that clearly has oxygen and other signs of life. But side by side with all the folks that are working and doing these atmospheric measurements are folks doing atmospheric models.

Fraser: Wow, yeah. So, I guess that’s the next step then. Is we’re starting to see enough of these measurements of these atmospheres that they’re starting to get some confirmation of the models. Which they’ve been working on for a long time. We’ve been seeing just some incredible models of exoplanets. So, how do they think that exoplanet atmospheres would work? Because I guess, the point is that you would be looking for thing which we don’t have in the solar system.

Pamela: At a certain point, a planet is a planet and it’s gonna have an atmosphere that is suited to the chemical composition and temperature structure of the solar system it formed in. So, this means that we are looking at super-heated at gas giants. KELT-9B comes to mind. This is a gas giant that is so close to its host star that it’s surface facing it’s star is the same temperature as some stars.

It’s getting roasted from the outside, it’s not generating that heat from the inside. But when you’re looking at a planet like that, you don’t expect to see nice, happy everyday hydrogen and helium because it’s been ionized completely. This is where we start looking for things that have a few more electrons that they hold onto a little better. This is where we’re doing things like looking for sulfur in these atmospheres.

Fraser: Yeah. I know there was one planet, it was a hot Jupiter. That we were seeing things like molten iron in the atmosphere, molten aluminum. Places where it rains titanium. Imagine clouds, but the clouds are made of titanium. It’s that hot, it’s so hot that every possible metal turns into a gas and forms clouds. Cloudy with a chance of titanium rain.

Pamela: This is showing our bias in what planets that we’ve found so far. Now, we don’t actually know what the typical planetary system looks like. We don’t know how often you have hot Jupiter’s versus how often you have little tiny worlds like Mercury that we’re unable to detect at this point in time. Currently, because it is easiest to find massive planets really close to stars. Most of the planets we have found are these massive planets very close to their stars.

We’re getting better, today we had the announcement of a two Earth mass planet orbiting a regular star. So, we have finally found a fat Earth, is what I’m gonna call this. It is beautiful in it’s Earthiness. It’s three thousand and some odd light years away, so we’re not getting there anytime soon. But the fact that we have found the sucker. At 85% likelihood, there’s still error bars.

Fraser: Right. Of course, it’s crazy to think we’ve found Earth sized worlds. We’ve found Earth sized worlds orbiting in the habitable zone of their star, it’s just that star is a red dwarf.

Pamela: These worlds are tidally locked, which gives them a different temperature profile.

Fraser: So, I guess, what would we be wanting to see? So, as that next round. For example, there’s a new telescope coming out. It’s probably going to be launching in 2028. The European Space Agency’s ARIEL Telescope. The Atmospheric Remote Sensing Infrared Exoplanet Large Survey. That is gonna be a telescope designed to study the atmospheres of exoplanets. It is going to be able to study the atmosphere of Earth type worlds around other stars. What will astronomers be looking for?

Pamela: Well, there are two teams that have put together atlases. We have a team from Berkeley, a team from Cornell. They have been working to basically map out the distribution of different kinds of planetary atmospheres we can expect. The group at Cornell in particular have been trying to map out what you can expect form Earth like planets at different stages in their evolution. So, here they’ve done things like look at our own historical record. Geological record of our planet Earth and said, “Okay, during the Cambrian period we were having a massive outgrowth of small forms of life. What did Earths atmosphere look like?”

“All right, so fine. What did it look like during pre-industrial civilization? What does it look like now?” Looking a myriad of different points in our planet’s history where we had methanogens. Where we had our normal now oxygen producing plants and saying, “Okay, here is at different stages in a planet’s evolution what you would expect it’s atmosphere to look like.” There are also massive astrobiology collaborations that are looking to say, “Okay, if your life has this technology, look for this.” So, if it has this technology look for this. Pollution is a great way to find life.

Fraser: Yeah. I like that idea that if you look back at the history of the Earth. You said there were what, six major moments or so?

Fraser: Each of which has a dramatic – like the time at the beginning when it was just being smashed by asteroids. A time when it was a carbon dioxide atmosphere similar to say, Mars. Then a time when the oxygen started to take over. You can see a very different signature in the atmosphere of planet Earth at each one of those times. Now, as we are able to actually examine these other planets.

You just map them over and go, “Okay, that is a desolate world that is being hammered by asteroids. That is a world that has cooled down but doesn’t seem to have any life on it. Well, what’s this? That’s interesting, we’re seeing a planet with oxygen in it.” It’s really important work to start doing. Setting up these models now, so that when we know of the atmospheres of thousands of planets, we can start matching them up.

Pamela: It’s got to be so frustrating for some of these scientist that we’re working really hard to have their atlases come out coincident with when JWST would be going up. We’re expecting rapid fire return on investment as world after world was measured as they were found by test, and nope. So, now, we’re in this wait and see game where it’s just like, “We know how to do this. We could be doing this.” We have the publications on what to look for.

We have test finding the worlds. But at least we have VLT, the Very Large Telescope system of four-millimeter telescopes and a bunch of one-meter side dishes. It’s doing the best it can from here on the surface of our planet. Scientist are showing over and over that if you don’t give them the toys they want, they’re gonna repurpose the toys they have to do things no one expected. We are measuring iron ray.

Fraser: Yes, exactly. Obviously, there are like I said, there’s the ARIEL telescope that’s gonna be coming and it’s job is going to be to do that. There’s the HabEx telescope, which could be one of the next great observatories from NASA. Which will do that at an even greater scale. Then there’s the whole next round of the mega telescopes. The Extremely Large Telescope, the Thirty Meter Telescope, the Magellan Telescopes. Each one of these could be brought on board. Of course, James Webb. So, really, we’re really gonna shift that emphasis from, “Let’s see if we can find planets at all.” To, “Let’s study planets and see how similar they are to familiar planets.”

Pamela: What I’m really looking forward to is right now we’re at this point where when we find an atmosphere it’s usually quite extreme. There’s actually been cases with these tidally locked worlds where we have been able to measure the differences between the day and night side temperatures and atmospheric compositions. Because as the small round world orbits in front of it’s host star, we’re actually seeing more of the day side as it goes into the transit. Then more of the day side again when it comes out of transit.

That effectively shows us sunset plus nighttime, just nighttime, and then sunrise plus nighttime. These minor variations allow us to do even more complex math where we’re now subtracting the stars light. Subtracting the light from the nighttime side of the planet and we’re getting left with morning or evening to be able to do complex, essentially meteorology of extreme worlds.

But right now, we’re only at the extreme worlds case. We’re only able to do this with these worlds around red dwarfs with these massive worlds snuggled up to any kind of star they feel like snuggling up to. We can’t yet do this with that fat Earth we just found, but we’re getting there.

Fraser: Yeah, we’ll get there. Also, in terms of technique. When you are trying to look at the planet in front of the sun. You’re essentially back lighting the planet to be able to observe the atmosphere. You’ve got a very powerful light source.

Fraser: So, if those planets are farther away from the sun and you are actually attempting to block the light from the sun. It becomes a much more challenging job of doing spectroscopy on that planet when you aren’t observing the star.

Pamela: That’s actually way less of a problem.

Pamela: Yeah. So, the distance between the planet and the star doesn’t matter at all as long as the planet lines up with the disk of the star. That’s actually the bigger problem. If you have a star with a little tiny planet close to it, passing in front of it. It can have a whole lot of different orbits that still put it in front of that star. As you get further away, the number of orbits.

The amount of shifts you can have and how far up or down your orbit is that keeps you in front of that star. Well, you’re eventually gonna fall off the disk in a lot of cases. So, it’s much more rare to find these distant planets transiting perfectly in front of their stars. But if we see that transit, it’s still just gonna be sunlight through an atmosphere.

Fraser: But I can imagine this future where these more powerful telescopes like the Extremely Large Telescope or James Webb or ARIEL. Are just observing this planet directly. They’re blocking the light from the star and they’re just observing the planet no matter where it is on it’s orbit. Whether it orbits above or below. Whether it orbits face on. I mean, each one of those kinds of observations will be fascinating. It’s just we need to get really good at blocking the light from stars and really good at observing faint planets.

Pamela: It’s the faint planets that’s gonna be hard. The first thing we’re gonna be able to do is go that three pixels. Those three pixels right there, those are a planet. But taking all of the light from those three pixels and then spreading it out into a spectrum gives you essentially no detectable amount of light. So, that’s where it gets tricky.

Fraser: Right. So, if you have one photon it’s really hard to turn that single photon into a spectroscopic diagram. You’re just like, “I don’t know.” But you do need a lot of light and the way that you get a lot of light on the thing that’s very faint is you have a very powerful telescope. You gather light for a very long period of time.

Pamela: These suckers are moving.

Fraser: Yeah. On a moving target. So, we’re going to see these give up their secrets very slowly.

Pamela: It’s true. But they’re gonna give up those secrets. Those secrets will be ours.

Fraser: I love it, I love your confidence, good. When do you think we will start, where we will know about the atmospheres of thousands of other planets? What’s your gut tell you? The way we know of thousands of other planets. When will we know the atmospheric composition of thousands of other planets? We know probably ten right now, maybe five, right?

Pamela: I think we’re doing slightly better than that. If you count the ones that we can say, “Oh, it has this one element we can detect. But we can’t tell you a whole lot more.” So, it’s gonna take a dedicated planet observer that has spectroscopic capabilities.

Fraser: Right. That’s the ARIEL, so 2028. So, probably it’s gonna do a thousand planets and do a large-scale survey. So, I guess, starting 2028.

Pamela: Exactly. That’s gonna be our new Kepler just for atmospheres.

Fraser: That sounds amazing. Pamela, do you have some names for us this week?

Pamela: I do. As always, we are supported by the generous contributions of people like you. Fraser and I both have personal Patreon accounts that you can support to support our own work. I am patreon.com/starstrider. Fraser, you’re universetoday?

Fraser: Yeah, universetoday.

Pamela: Then this show is supported, we pay our web content producer Beth Johnson, our video engineer Ally Pelfry and our audio engineer Richard Drumm. Through Patreon –

Fraser: Slash astronomy cast.

Pamela: Yes, slash astronomy cast. So, the people I would like to thank today. Again, we could not do what we do without the generous contributions of these people. We’re even helping to start offering benefits, medical benefits soon to our part-time employees. Because now more than ever, everyone deserves healthcare. So, your contributions if your already donating, thank you. If your on the fence, now is the time to get off the fence and give and be part of providing medical benefits.

So, this month we would like to thank Les Howard, Adam Anise Brown, Emily Patterson, infinitesimal ripple in space time. Add loves science, Gordan Derry, Bill Hamilton, Si Ni, Joshua Pierson, Frank Tippin, Alexis, Richard Riviera, Thomas Sepstrup, Steven Shewalter, Silvan Wespi, Jeff Collins, Marek Vydareny, Articfox, Brian Peacocks, Nate Detwiler, Matt Rucker, Brian Gregory, Ron Thorson, Dave Lacky, Kevin Nitka, Phillip Walker, Chris Scherhaufer and G-force184. Thank you all so very much for everything that you do that allows us to do what we do.


צפו בסרטון: כיצד האור נושא אלינו אינפורמציה מין הכוכבים (יָנוּאָר 2022).